Снижение виброактивности вентилятора системы жизнеобеспечения нефтегазовых станций

Abstract

Актуальность. Электромеханические вентиляторы широко используются в системах жизнеобеспечения нефтяных и газовых станций, работают в условиях вибрации, высоких скоростей вращения и нагрузок. На виброактивность электромеханического устройства влияют конструктивные, технологические и эксплуатационные причины. Наибольший «вклад» в существующие вибрации, по спектру частот, вносит неидеальность элементов конструкции шарикоподшипника: движение сепаратора, переменная жесткость при действии радиальной нагрузки, взаимодействие микронеровностей рабочих поверхностей, гранность и волнистость рабочих поверхностей колец и шариков. Кроме того, возникающие вибрации отрицательно сказываются как на надежности, так и на долговечности вентилятора. А поскольку полностью устранить виброактивность электромеханического устройства технически невозможно, целесообразно ее снизить с помощью технического решения, введя демпфирующий элемент в кинематическую цепь источника вибрации. В связи с этим разработка демпфирующего устройства является неотъемлемой технической задачей, способствующей снизить вибрационную активность технических систем жизнеобеспечения нефтегазовых станций, а также повысить качество экологических условий жизнедеятельности человека. Для снижения виброактивности предложена конструкция демпфера, учитывающая различные виды диссипации энергии. Однако, учитывая плотный спектр вибрационных частот от шарикоподшипников, в конструкцию демпфера введен вязкий элемент трения. Для определения эффективности снижения виброактивности изготовлен макет рассматриваемого демпфера на основе разработанной 3D-модели. Для испытаний в определении эффективности применения вязкого элемента трения использованы два варианта конструкции демпфера - с наличием элемента вязкого трения и при его отсутствии. Результаты испытаний макетов демпфера показали, что разработанное техническое решение для снижения виброактивности электромеханического устройства имеет практическое подтверждение в полученных результатах, а исследования, положенные в основу разработанной конструкции демпфера с вязким элементом трения, позволяют обеспечить снижение амплитуды вирации. Объектом исследования является электромеханическое устройство в рабочем режиме. Цель: описание виброактивности в рабочем режиме электромеханического устройства во всем спектре возмущающих воздействий, действующих по осям X, Y, Z, с учетом неидеальности геометрии деталей шарикоподшипников и разработка демпфера для снижения уровня виброактивности электромеханического устройства. Методы: современные подходы вибродиагностики, вычислительной математики, средств измерений, программное обеспечение «Виброрегистратор-Ф», «Виброрегистратор-М2», «Logger»-регистратор и «Подшипник». Результаты исследования показали эффективность предложенного технического решения для снижения амплитуды вибрации в диапазоне рабочих частот вращения ротора электромеханического устройства до 4 раз по сравнению с соответствующим максимальным значением амплитуды без его применения.

Relevance. Electromechanical fans are widely used in life support systems of oil and gas stations, operate in conditions of vibration, high rotational speeds and loads. Design, technological and operational reasons influence vibration activity of an electromechanical device. The greatest "contribution" to the existing vibrations, according to the frequency spectrum, is made by the imperfection of the design elements of the ball bearing. They are: separator movement, variable stiffness under the action of radial load, interaction of micro-dimensions of working surfaces, facet and waviness of working surfaces of rings and balls. In addition, the resulting vibrations negatively affect both the reliability and durability of the fan. Since it is technically impossible to completely eliminate the vibration activity of an electromechanical device, it is advisable to reduce it with the help of a technical solution by introducing a damping element into a kinematic circuit of the vibration source. In this regard, the development of a damping device is an integral technical task that helps to reduce the vibration activity of technical life support systems of oil and gas stations, as well as to improve the quality of environmental conditions of human life. To reduce vibration activity, a damper design is proposed that takes into account various types of energy dissipation. However, given the dense spectrum of vibration frequencies from ball bearings, a viscous friction element is introduced into the damper design. To determine the effectiveness of reducing vibration activity, a model of the damper in question was made based on the developed 3D model. For tests in determining the effectiveness of applying a viscous friction element, two variants of the damper design were used. In the first version of the damper design, there was no viscous friction element, and in the second version there was one. According to the test results of the damper layouts, it can be seen that the developed technical solution to reduce the vibration activity of the electromechanical device has practical confirmation. The studies underlying the developed design of the damper with a viscous friction element allows reduction in the vibration amplitude. Object. Electromechanical device in operating mode. Aim. To describe the vibration activity in the operating mode of an electromechanical device in the entire spectrum of disturbing effects acting along the axes, taking into account the imperfect geometry of ball bearing parts; to develop a damper for reducing the vibration activity level in the electromechanical device. Methods. Vibration diagnostics, computational mathematics, measuring instruments, software "Vibration recorder-F", "Vibration Recorder-M2", "Logger"- recorder and "Bearing". Results. The paper demonstrated the effectiveness of the proposed technical solution to reduce the vibration amplitude in the operating frequency range of the electromechanical device rotor up to 4 times compared with the corresponding maximum amplitude value without its use.